Fille de de la comédienne Ludmila Mikaël et du metteur en scène Terry Hands, Marina Hands suit une formation théâtrale pointue, au Conservatoire puis à la "London Academy of Music and Dramatic art". C'est en 1999 qu'elle s'essaie au cinéma, dans La Fidélité d'Andrzej Zulawski. Forte d'une aura mystérieuse, elle apparaît dans des rôles énigmatiques, comme dans Ne le dis à personne de Guillaume Canet.

En 2006, la Comédie Française l'accueille. Un an plus tard, son rôle d'amante dans le film indépendant Lady Chatterley, de Pascale Ferran, lui vaut d'obtenir le César de la meilleure actrice. Dans la comédie amère Le Code A Changé de Danièle Thompson, Marina Hands donne à la réplique à Patrick Chesnais, Karin Viard ou encore Patrick Bruel, avant d'interpréter la fille de Catherine Deneuve dans Mères et filles.

L'anné suivante, elle incarne un personnage fort dans Une exécution ordinaire de Marc Dugain, dans lequel elle joue une jeune médecin magnétiseur qui fait face à Staline, campé par André Dussollier. C'est ensuite Pascal Thomas qui lui offre un registre plus léger dans sa dernière comédie loufoque Ensemble, nous allons vivre une très, très grande histoire d'amour..., aux côtés du chanteur Julien Doré.

En 2011, c'est dans le drame Voyez comme ils dansent de Claude Miller qu'on la retrouve, interprétant une vidéaste française qui rencontre au Canada la dernière compagne (Maya Sansa) de son ex-mari (James Thiérrée). Elle campe ensuite le personnage principal de Sport de filles, un drame sur fond d'équitation, puis reste dans le domaine équestre avec Jappeloup emmené par Guillaume Canet.

La native de Paris rejoint ensuite l'impressionnant casting féminin de Sous les jupes des filles d'Audrey Dana, tourne sous la direction de Romain Goupil dans la comédie dramatique Les Jours venus (2015), donne la réplique à Fanny Ardant dans la comédie Chic ! (id.), joue une directrice de prison dans Un triomphe (2021) et retrouve Dana pour la comédie Hommes au bord de la crise de nerfs (2022). 

Parallèlement, Marina Hands mène une riche carrière à la télévision. On la voit ainsi camper la comtesse Musgrove dans la sombre série Taboo portée par la super-star internationale Tom Hardy. Elle rejoint aussi la deuxième saison de Zone blanche (via le personnage d'une scientifique) et incarne une mère et épouse dévouée qui se sent de plus en plus transparente aux yeux des siens dans Mytho sur Arte.

Prochainement, on la verra enquêter, aux côtés de Sofiane, sur un tueur en série sévissant dans la région des Dents du Midi, en Suisse, dans la série Hors-saison.